【正文】 熱鍛與熱軋 1 消除鑄態(tài)組織缺陷： （ 1）氣孔、疏松、微裂紋的焊合； ——宏觀組織致密化； （ 2）破碎粗大的鑄態(tài)晶粒；再結(jié)晶過(guò)程 ——晶粒細(xì)化； （ 3）減輕枝晶偏析 實(shí)際熱加工溫度遠(yuǎn)高于再結(jié)晶溫度 ——成分均勻化 └ 塑韌性 ↑，熱加工組織優(yōu)于鑄態(tài) 2 改善第二相、夾雜的分布 纖維組織（流線） ：鑄態(tài)組織的 枝晶偏析、夾雜物分布沿加工方向細(xì)碎延伸形成的組織。 ——使流線與力性方向分布合理 3 缺陷：存在帶狀組織與纖維組織 帶狀組織：復(fù)相合金中各個(gè)相沿?zé)峒庸し较蚪惶娉蕩Щ驅(qū)訝罱M織。 比較纖維組織：區(qū)域偏析 (成分偏析、夾雜物分布 )沿加工方向延伸形成的組織。 ——力性的各向異性 第三章 二元合金的相結(jié)構(gòu)與相圖 組元：組成材料最基本的、獨(dú)立的物質(zhì)，簡(jiǎn)稱元 。 組元可以是 純?cè)?，如金屬元素 Cu、 Ni、 Al、Ti、 Fe等，以及非金屬元素 C、 N、 B、 O等；也可以是 化合物 如 A120 SiO Zr0 TiC、 BN、 Ti02等。材料可由單一組元組成，如純金屬、 A1203晶體等，也可以由多種組元組成，如 AlCuMg金屬材料、 MgOA1203SiO2系陶瓷材料。 合金： 是指由兩種或兩種以上的金屬 、 或金屬與非金屬經(jīng)熔煉或用其他方法制成的具有 金屬特性 的物質(zhì) 。 例如 :應(yīng)用最為廣泛的鐵和碳組成的合金 、 銅和鋅組成的銅合金等 。 由于合金的強(qiáng)度高以及其他的性能特點(diǎn) ， 所以在工業(yè)上得到廣泛地應(yīng)用 。 由兩個(gè)組元組成的合金 ， 稱為二元合金 。 三個(gè)組元組成的合金稱為三元合金 ， 依此類推 。 相： 合金中具有同一聚集狀態(tài)、同一晶體結(jié)構(gòu)和性質(zhì)并以界面相互隔開的均勻組成部分。 材料的性能與各組成相的性質(zhì)、形態(tài)、數(shù)量直接相關(guān)。不同的相具有不同的晶體結(jié)構(gòu)，雖然相的種類極為繁多，但根據(jù)相的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可以歸納為兩大類：固溶體與中間相。 167。 1 合金的相結(jié)構(gòu) 一、相的分類 （一） 固溶體 合金的組元之間以不同的比例相互混合，量多的稱作 溶劑 ，量少的稱作 溶質(zhì) 。 溶質(zhì)組元加入到溶劑組元的晶格中， 而不改變?nèi)軇┑木w結(jié)構(gòu)類型而形成的合金 相稱之為固溶體。 （二） 金屬化合物 定義： 溶質(zhì)組元加入到溶劑組元中，改變了 溶劑的晶體結(jié)構(gòu)類型 ，而形成一種 新結(jié)構(gòu)的合金相 。 二 合金的相結(jié)構(gòu) （一） 固溶體 工業(yè)上的金屬材料，絕大部分是以固溶體為基體的。 ? 固溶體的分類 ** 按溶質(zhì)原子在晶格中所占的位置分類 （ 1） 置換固溶體 — 溶質(zhì)原子占據(jù)溶劑晶格結(jié)點(diǎn)所形成的固溶體。 （ 2） 間隙固溶體 — 溶質(zhì)原子填入溶劑晶格的空隙位置所形成的固溶體。 ** 按固溶度分類 （ 1）有限固溶體 （ 2）無(wú)限固溶體 ** 按溶質(zhì)原子與溶劑原子的相對(duì)分布分類 （ 1）無(wú)序固溶體 （ 2）有序固溶體 置換固溶體 間隙固溶體 2 置換固溶體及影響因素 置換固溶體中溶質(zhì)與溶劑可以有限固溶，也可以無(wú)限互溶， 如銅與鎳可無(wú)限互溶，鋅在銅中最大溶解度為 39%，鉛幾乎不溶解于銅。 其溶解度與以下幾個(gè)因素有關(guān)： （ 1）原子尺寸因素 原因 ：當(dāng)溶質(zhì)原子進(jìn)入溶劑晶格后，原子半徑的不同引起溶劑晶格的 點(diǎn)陣畸變 ，固溶體能量升高，升高的能量叫 畸變能 。Δ r=rArB/ r越大，一個(gè)溶質(zhì)原子引起的點(diǎn)陣畸變能也就越大，溶質(zhì)原子能溶入溶劑中的數(shù)量便越少，固溶體的溶解度就愈??；相反，當(dāng) Δ r較小時(shí)，可獲得較大固溶度的固溶體，如果 其他條件 有利甚至還可以形成無(wú)限固溶體。 (2) 晶體結(jié)構(gòu)因素 組元間晶體結(jié)構(gòu)相同時(shí)，固溶度一般都較大，而且有可能形成無(wú)限固溶體。 若組元間晶體結(jié)構(gòu)不同，便只能形成有限固溶體。 （ 3）電子濃度因素 電子濃度指合金晶體中的價(jià)電子數(shù)與原子數(shù)之比 C電子 = [ VA（ 100 w） +VB w ] / 100 VA、 VB分別為溶劑和溶質(zhì)的原子價(jià) w 為固溶體中溶質(zhì) B 的原子百分?jǐn)?shù)。 根據(jù)能帶理論，在一定的金屬晶體結(jié)構(gòu)的單位體積中，能容納的價(jià)電子數(shù)（自由電子數(shù)）是有一定限度的，超過(guò)這個(gè)限度，會(huì)引起能量升高，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。 面心立方固溶體的極限電子濃度為 ≈； 體心立方固溶體極限電子濃度為 ≈。 如 二價(jià)鋅在銅中的最大溶解度為 38%，三價(jià)的鎵為20%，四價(jià)的鍺為 12%，五價(jià)的砷為 7%。 （ 4） 電負(fù)性差因素 兩元素間電負(fù)性差越小，則越易形成固溶體，而且所形成的固溶體的溶解度也就越大；隨兩元素 間 電負(fù)性差增大，固溶度減小，當(dāng)溶質(zhì)與溶劑的電負(fù)性差很大時(shí)，往往形成比較穩(wěn)定的金屬化合物。 綜上所述， 尺寸因素，電負(fù)性差、電子濃度及晶體結(jié)構(gòu) 是影響固溶體溶解度的四個(gè)主要因素，當(dāng)此四個(gè)因素均有利時(shí)，有可能形成無(wú)限固溶體。這四個(gè)因素并非相互獨(dú)立，其統(tǒng)一理論是金屬及合金的 電子理論。 3 間隙固溶體 只有原子半徑接近于溶劑晶格某些間隙半徑的溶質(zhì)原子，才有可能進(jìn)入溶劑晶格的間隙中而形成間隙固溶體。這些溶質(zhì)原子通常都是一些原子半徑小于 ，如氫（ ）、氧（ ）、氮（ ）、碳（ ），硼（ ）。而溶劑元素則都是過(guò)渡族元素。盡管溶質(zhì)原子的半徑很小，但仍較溶劑的晶格間隙大，當(dāng)它們?nèi)苋肴軇┚Ц竦拈g隙時(shí)，都會(huì)使溶劑晶格產(chǎn)生畸變，點(diǎn)陣常數(shù)增大，畸變能升高。 間隙固溶體只能是有限固溶體，它們的溶解度都很小。 4 固溶體的特點(diǎn) 雖然固溶體仍保持著溶劑的晶格類型，但由于第二組元的加入，與純組元相比，結(jié)構(gòu)還是發(fā)生了變化 , 無(wú)論是置換固溶體還是間隙固溶體， 均能引起固溶體的硬度、強(qiáng)度升高、溶質(zhì)原子與溶劑原子的尺寸差別越大，溶質(zhì)原子的濃度越高，其強(qiáng)化效果就越大。 這種由于溶質(zhì)原子的固溶而引起的 強(qiáng)化效應(yīng)，稱為固溶強(qiáng)化。 (二 )、金屬化合物 不同元素之間所形成的中間相往往在晶體結(jié)構(gòu)、結(jié)合鍵等方面都不相同，由于中間相具有一定的金屬性，所以亦稱為金屬化合物。 1 正常價(jià)化合物 成分固定不變，可用化學(xué)式表示。如 Mg2Si、Mg2Sn、 MgS、 MnS等。具有 較高的硬度，脆性較大。 常作為有色金屬的強(qiáng)化相 。 2 電子化合物 不遵守原子價(jià)規(guī)律，而是按一定的 電子濃度的比值 形成的化合物。電子濃度不同，化合物的晶格類型也不同。 3．尺寸因素化合物 過(guò)渡族元素和 原子半徑較小的氫、氮、碳、硼 組成。 r非 / r金 ，形成簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的化合物： 間隙相 。 r非 / r金 ，復(fù)雜晶體結(jié)構(gòu)的化合物， 間隙化合物 。 (1) 間隙相 性能特點(diǎn)： 極高的熔點(diǎn)和硬度 。 用途：硬質(zhì)合金和高硬度工模具的重要組織組成。 (2) 間隙化合物 如鋼中的 Fe3C、 Cr23C Fe3W3C等。 性能特點(diǎn)： 很高的熔點(diǎn)和硬度 ，但不如間隙相 用途：鋼中的重要強(qiáng)化相。 167。 2 二元合金相圖的建立 相圖 :是描述系統(tǒng)的狀態(tài) 、 溫度 、 壓力及成分之間關(guān)系的一種圖解 。 相律是描述材料在不同條件下相平衡狀態(tài)所遵循的法規(guī) ， 是理解 、 分析相圖十分重要的理論依據(jù) 。 f=cp+2 [1] 相 變： 相與相之間的轉(zhuǎn)變 ； 固態(tài)相變 ：固態(tài)下相與相之間的轉(zhuǎn)變 ； 相平衡與平衡相： 如果系統(tǒng)中，在一定的外界條件下（溫度、壓力），各相經(jīng)歷很長(zhǎng)時(shí)間都不互相轉(zhuǎn)化，則各相處于平衡狀態(tài)，稱之為 相平衡 ；這時(shí)的相就叫在這種條件下的 平衡相 。 一、二元相圖的表示方法 在常壓下，用直角坐標(biāo)系，橫座標(biāo)表示合金成分，縱座標(biāo)表示溫度。圖中任意一點(diǎn)標(biāo)為表象點(diǎn)。 二元相圖的成分表示方法 （ 1）成分的表示方法 材料的成分是指材料各組元在材料中所占的數(shù)量。此數(shù)量可以用 質(zhì)量分?jǐn)?shù) 或 摩爾分?jǐn)?shù) 表示。如果沒(méi)有特別說(shuō)明， 通常是指質(zhì)量分?jǐn)?shù)。 兩者間可按下式進(jìn)行換算（以二元系為例）： 二、相圖的建立 時(shí)間 溫度 溫度 成分 熱分析法建立 CuNi相圖 固相線 液相線 三、 杠桿定律 在二元相圖的兩相區(qū)，可以用杠桿定律確定各相的相對(duì)含量。 証明 : 設(shè)合金的總質(zhì)量為 1 液相的質(zhì)量為 WL ， 固相的質(zhì)量為 Wα 則 : WL+ Wα= 1 另 : WL? CL+ Wα? Cα=1 ? C 由以上兩式可以得出 167。 3 勻晶相圖 1 定義： 兩組元在液態(tài)和固態(tài)均無(wú)限互溶的二元合金相圖。 如 Cu― Ni、 Ag― Au、 Cr― Mo、 Mo― W等合金系 2 相圖分析 α 液相線 固相線 Cu― Ni二元相圖 冷卻曲線 點(diǎn)： A ：純 Cu理論熔點(diǎn) B ：純 Ni理論熔點(diǎn) 線： A B: 液相線 。 A B: 固相線； 區(qū)間： 兩個(gè)單相區(qū)： L 相、 α相 一個(gè)兩相區(qū)： L+α相區(qū) 勻晶轉(zhuǎn)變式： L α 現(xiàn)象：枝晶內(nèi)部化學(xué)成分不均勻 原因： 冷卻過(guò)程非無(wú)限緩慢， 擴(kuò)散不完全 → 枝晶內(nèi)部中心區(qū)域與邊部區(qū)域化學(xué)成分不均勻 —— 稱之為 枝晶偏析 167。 4 二元共晶相圖 1 定義 ：兩組元在液態(tài)無(wú)限互溶，在固態(tài)時(shí)相互有限互溶，發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變，形成共晶組織的二元系相圖稱為二元共晶相圖。 例如： P b─S n、 P b─S b、 A g─C u、 P b─B i 等合金系相圖都是二元共晶相圖。 共晶轉(zhuǎn)變式： LE αM+ βN Pb Sn Sn% T,?C 液相線 L 固相線 ? ? ? + ? L+ ? L + ? ?固溶線 ?固溶線 共晶相圖 A B E M N F G 共晶相圖 Pb Sn T,?C L ? ? ? + ? L + ? L + ? 共晶反應(yīng)線 表示從 M點(diǎn)到 N點(diǎn)范圍的合金，在該溫度上都要發(fā)生不同程度上的共晶反應(yīng)。